Analýza mitogenomu pomocí metod NGS

Bc. Ondřej Vaculík

Master's thesis

Analysis of mitogenome using NGS methods

Abstract:

Mitochondriální DNA je díky svým vlastnostem velmi důležitým genetickým markerem ve zkoumání lidské minulosti. Výzkum mitogenomu tradičně spočíval v sekvenování hypervariabilních regionů pomocí Sangerova sekvenování. Výpovědní hodnota tohoto typu analýz je však omezena krátkou délkou hypervariabilních oblastí. Bylo zjištěno, že až 70 % sekvenční variability se u některých haploskupin nachází v kódujícím regionu mtDNA. Využití metod sekvenování nové generace k sekvenování celého mitogenomu tak skýtá mnohem větší možnosti nejen pro studium starobylých populací. Důkladné sekvenování celé molekuly znamená i velké množství obdržených dat, s nimiž si musí přirodovědci vhodně poradit a správně je využít. K tomuto účelu bylo v posledních letech vyvinuto velké množství bioinformatických nástrojů pro zpracování starobylých sekvenčních dat. Dnešní nástroje jsou schopny se vypořádat i se specifiky starobylé DNA, jako jsou různá post mortem poškození, násobně vyšší obsah exogenních molekul oproti endogenním sekvencím vzorku či vysoká náchylnost ke kontaminacím a nutnost jejich odlišení. Ze všech těchto důvodů se stala kvalitní analýza starobylých mitogenomů mnohem jednodušší a dostupnější, než tomu bylo dříve. Cílem diplomové práce byl návrh a zavedení protokolu pro analýzu mitogenomu z kosterního materiálu metodami sekvenování nové generace. Za tímto účelem byla vybrána kombinace protokolu pro dvouřetězcovou knihovnu se strategií pro obohacení cílových sekvencí pomocí hybridizace v roztoku. Aby byla získaná data možné vhodně zpracovat, byl zaveden protokol využívající softwarový balík nástrojů EAGER ke zpracování starobylých sekvenčních dat.

Abstract:

By its properties, mitochondrial DNA is a very significant genetic marker in the exploration of the human past. Mitogenome research was traditionally based on the sequencing of hypervariable regions with Sanger sequencing. However, the notice value of this kind of analyses is restricted by the short length of these regions. It has been found out that up to 70 % of the sequence variability lies in the mtDNA coding region for some haplogroups. So, the usage of the next-generation sequencing methods for the whole mitogenome sequencing offers much better opportunities not only for the studies of ancient human populations. The whole molecule in-depth sequencing also means a large amount of obtained data which the biologists have to properly deal with and know how to correctly use them. For this reason have been developed a large number of bioinformatic tools for the ancient sequencing data processing. Contemporary tools are able to deal with the ancient DNA specifics, such as various post mortem damages, multiple times higher exogenous molecules content opposite to endogenous sequences content of the sample or the high susceptibility to the contaminations and the necessity to distinguish among them. For all of these reasons, the high-quality ancient mitogenome analysis has become simpler and more accessible than it was before. The main aim of this thesis was the design and implementation of the protocol for the mitogenome analysis from skeletal material with the next-generation sequencing methods. For this purpose has been picked a combination of protocols for double-stranded library and target enrichment by in-solution hybridization. In order to correctly process the obtained data, the protocol based on software package of instruments EAGER for ancient sequencing data was implemented as well.

Keywords

aDNA, mtDNA, mitogenom, NGS, HTS, MPS, obohacení hybridizací, bioinformatická analýza aDNA, mitogenome, hybridization enrichment, bioinformatical analysis

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 9. 5. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 10. 6. 2019
• Supervisor: Mgr. et Mgr. Kristýna Brzobohatá, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Experimental Biology / Special Biology